JP2010283129A - プリント配線板の検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント配線板の断線検査及び短絡検査を容易かつ安価に検査することができるプリント配線板の検査技術を提供する。
【解決手段】検査対象のプリント配線板の基準面に第１のプローブを接触させ、前記プリント配線板のネットに第２のプローブを接触させ、前記第２のプローブを介して前記ネットに矩形パルス電圧を印加し、前記第１のプローブで、矩形パルス印加直後の第１の電圧測定と、絶縁抵抗を判別するため設定された最適測定時間に第２の電圧測定を行い、前記プリント配線板のすべてのネットについて前記電圧測定を行い、予め測定した良品の第１の測定値および第２の測定値と、前記測定した第１の測定値および第２の測定値とを比較し、第１の測定値で同一ネット内の完全断線を含む導通抵抗の増加不良の検出を行い、第２の測定値で近接するネットとの完全短絡を含む絶縁抵抗の減少不良の検出を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント配線板の検査装置及び検査方法に関し、特にプリント配線板中の回路（ネット）の断線不良及び短絡不良を発見するプリント配線板の検査装置及び検査方法に関する。

一般に、プリント配線板は、配線パターンやスルーホール等を用いて電気的に接続された回路を複数有しており、製造されたプリント配線板の回路が設計通り正しく形成されているかどうか、すなわち、プリント配線板中の回路が断線不良を生じたり、他の回路と短絡不良を生じたりせずに、設計通りに形成されているかを電気的に検査する必要がある。

短絡検査の電気的検査方法として、検査対象となる回路間に電圧を印加し、その時の電圧と測定した電流とにより回路間の絶縁抵抗を求め、絶縁抵抗が基準値以下であった場合、その部分が短絡不良箇所であると判定する方法が知られている。

しかし、上記検査方法の場合、ネット数がｎのプリント配線板では、短絡検査の組み合わせの数はｎ（ｎ−１）／２となり、例えば、１０００ネットを有するプリント配線板の場合、４９９，５００回の短絡検査が必要であり、検査時間がかかるといった問題がある。このため、ネット間のすべての組み合わせを短絡検査するのではなく、短絡する可能性のある近接するネット間のみを短絡検査する方法が知られている（例えば特許文献１）。

また、上記技術とは別に、プリント配線板上のネットと、ＧＮＤネットや電源ネット等のプリント配線板全体をカバーするようなネットもしくはプリント配線板外部の基準面との間の容量を測定し、良品の容量値と比較することで、検査を行う方法が知られている（例えば特許文献２，３）。

しかしながら、上記の容量を測定する検査方法では、ネット間に高電圧を印加することができないため、高抵抗で短絡したネットの発見が困難である。このため、矩形パルスをネットに印加し、電圧の過渡特性を解析することにより短絡不良を判定する方法が知られている（例えば特許文献４〜６）。

特開昭６３−２０６６６７号公報 特開昭５２−０９６３５８号公報 特公平０４−０１７３９４号公報 特開平０６−１０９７９６号公報 米国特許第５４３８２７２号明細書 米国特許第６５７３７２８号明細書

しかし、前記特許文献４〜６に記載されている検査方法では、検査結果の評価に波形評価をおこなうため、過渡ディジタル解析器のような高価な測定器を必要とするという問題点がある。

そこで、本発明は、上記問題点を解決し、ネットの断線不良や、他のネットとの短絡不良を安価に発見することができるようにしたプリント配線板の検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、本発明によるプリント配線板の検査装置は、検査対象のプリント配線板のネットに接触するための第１及び第２のプローブを有し、前記プリント配線板の基準面に前記第１のプローブを接触させ、前記プリント配線板のネットに前記第２のプローブを接触させ、前記第２のプローブを介して前記ネットに矩形パルス電圧を印加し、前記第１のプローブで電圧を測定し、前記プリント配線板のすべてのネットについて第１の電圧測定と第２の電圧測定を行い、その値を記憶手段に記憶し、予め測定した良品の測定値と、前記測定した第１の測定値と第２の測定値を比較し、前記比較の結果、第１の測定値で断線不良の検出を行い、第２の測定値で短絡不良の検出を行うものである。

また、本発明によるプリント配線板の検査方法は、検査対象のプリント配線板の基準面に第１のプローブを接触させ、前記プリント配線板のネットに第２のプローブを接触させ、前記第２のプローブを介して前記ネットに矩形パルス電圧を印加し、前記第１のプローブで第１の測定値および第２の測定値として測定するステップと、前記プリント配線板のすべてのネットについて前記測定を行い、その値を記憶手段に記憶するステップと、予め測定した良品の測定値と、前記測定した測定値とを比較するステップと、前記比較の結果、第１の測定値で断線不良の判定を行い、第２の測定値で短絡不良の判定を行うものである。

本発明のプリント配線板の検査装置及び検査方法によれば、ネットの断線不良および他のネットとの短絡不良が容易にかつ安価に発見できる。

本発明の一実施の形態によるプリント配線板検査装置の構成例を示す図である。 本発明の一実施の形態において、プリント配線板の一例を示す平面図である。 本発明の一実施の形態において、プリント配線板上の回路のモデルを示す図である。 図３に示した回路のモデルの断線検査に着目したモデルを示す図である。 図４に示した回路のモデルの等価回路を示す回路図である。 図５に示した断線検査の等価回路の測定電圧と時間の関係を示すグラフである。 図６に示したグラフで、Ｖ＝２５０Ｖ、Ｃ₀＝０．０１μＦ、Ｃ₁₁＝１０ｐＦ、Ｃ₁₂＝３０ｐＦ、Ｒ_a＝１ｋΩ、ｔ₀＝４５ｎｓｅｃの場合の測定電圧と時間の関係を示すグラフである。 図３に示した回路のモデルの短絡検査に着目した等価回路を示す回路図である。 図７に示した短絡検査の等価回路の測定電圧と時間の関係を示すグラフである。 図９に示したグラフで、Ｖ＝２５０Ｖ、Ｃ₀＝０．０１μＦ、Ｃ₁＝１５ｐＦ、Ｃ₂＝１５ｐＦ、Ｒ₁₂＝５０ＭΩ、ｔ₀＝２００μｓｅｃの場合の測定電圧と時間の関係を示すグラフである。 本発明の一実施の形態によるプリント配線板検査方法の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、特にことわらない限り、端子名を表す記号は同時に配線名、信号名も兼ね、電源の場合はその電圧値も兼ねるものとする。

図１に、本発明の一実施形態によるプリント配線板検査装置の全体構成を示す。本実施の形態によるプリント配線板検査装置は、例えば、２本のプローブ１、プローブ支持部２、移動機構部６、測定部７、記憶部８、制御部９などにより構成されている。
移動機構部６は、各種モータ、そのモータを駆動させるモータドライバなどから構成される。移動機構部６には、プローブ支持部２を介してプローブ１が取り付けられており、プローブ１は、プリント配線板３と平行方向（ＸＹ方向）及び垂直方向（Ｚ方向）に移動可能である。なお、本実施の形態では、プローブ１が２本の場合を例に説明するが、３本以上であってもよい。

測定部７は、電圧源、電流源、計測器などから構成され、プローブ１に接続されており、プローブ間に電流を流したり、電圧を印加したりすることにより、プリント配線板３内の回路の抵抗を測定することが可能である。また、プリント配線板３内のＧＮＤネットや電源ネット等のプリント配線板全体をカバーするようなネット（基準面）と、被検査回路との間の電位差を測定した後、容量成分に変換することが可能である。なお、前記のプリント配線板全体をカバーするようなネットがない場合にはプリント配線板外に設けられた導電性の基準面５（図３参照）を使用することが可能である。

記憶部８は、例えばＲＡＭ、ハードディスク等のメモリにより構成されており、測定した値や、その演算結果などを一時的に記憶する。

制御部９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等により構成されており、移動機構部６の駆動制御や、測定部７によって測定された抵抗値や容量値などが不良であるかどうかを判定する処理などを行う。なお、制御部９は、一般的なコンピュータに上記機能や下記動作を実現させるプログラムを内蔵することにより実現することも可能であり、当該プログラムはフロッピー（登録商標）ディスクやハードディスク等のコンピュータで読み出し可能な記録媒体に記録することもできる。また、当該プログラムはインターネット等の通信手段から読み出してくるようにすることもできる。

図２は、検査対象であるプリント配線板の一例を示す平面図である。図２に示すように、検査対象のプリント配線板３には、金属等の導電材料で形成された数多くのネット４ａ〜４ｅが形成されている。

次に、本実施の形態のプリント配線板検査装置による検査の動作例を説明する。まず、プリント配線板固定具（図示せず）を用いてプリント配線板３を固定する。

次いで、制御部９が移動機構部６を制御して、プローブ１の１つ（第１のプローブ）を、プリント配線板内もしくはプリント配線板外の基準面５に接触させる。その他のプローブ１（第２のプローブ）をネット上の検査点に接触させ、第２のプローブを介して検査対象ネットに矩形パルス電圧Ｖを印加する。そして、プリント配線板外に設けられた外部コンデンサＣ₀を横切る（通過する）信号（電圧Ｖ₀）を測定する。これをプリント配線板上のすべてのネットに対して行う。測定は、断線不良判定用の第一の測定値と短絡不良判定用の第二の測定値を取る。各ネットの測定値と、あらかじめ測定・登録されているそれぞれのネットの良品値と比較する。ここで、測定した電圧Ｖ₀と良品値が全てのネットに対して同じ値であれば良品と判定し、同じ値でないものが１つでも存在する場合には、不良品と判断する。短絡不良の場合、プリント配線板上のどのネットと、どのネットが短絡しているかの断定ができない場合があるため、短絡している可能性があるネット上の検査点に１つのプローブを接触させ、もう一方のプローブを他のネットに接触させた後、前記プローブ間の抵抗値を測定し、あらかじめ設定されている基準値（閾値）より小さな抵抗値を示すネット間を、短絡しているネットとして特定することもできる。

断線検査について、図３〜図６を参照しながら詳細に説明する。断線検査は、完全断線とパターンの細りやスルーホールの欠けによる導通抵抗の増加を検査するものである。図３のモデルを断線検査に着目し、簡単化すると、図４（ａ），（ｂ）のようになる。図４（ａ）は良好な状態を示し、図４（ｂ）は導通抵抗の増加があった場合を示す。ここで、Ｒ_aは導通抵抗を示し、Ｒ_a＝０Ωの時は図４（ａ）と同じになる。Ｒ_a＝∞の時は完全断線を示す。また、Ｃ₁≒Ｃ₁₁＋Ｃ₂₂となる。なお、Ｃ₁，Ｃ₁₁，Ｃ₂₂は、それぞれ基準面５とネットの間の容量を示す。

ここで、図４（ｂ）のモデルを等価回路で表すと、図５のようになる。ただし、ネットと基準面との抵抗Ｒ₁₁、Ｒ₁₂は無限大であるため無視する。また、測定用の抵抗Ｒ₀も十分大きな値に設定するため省略する。時間ｔ＝０においては、Ｒ_aによりＣ₂₂は回路から切り離された状態になるので、Ｖ₀は式（１）で表すことができる。

ｔ＞０でのＶ₀は式（２）で表すことができる。

式（２）において、Ｒ_aが有限であればｔ＝∞ではＶ₀は式（３）になる。

式（１）〜式（３）より、Ｖ₀は

で立ち上り、Ｒ_aの指数関数で、良品値である

に収束することが解る。その時の関係を図６のグラフに示す。Ｒ_aの値が小さくなるに従って収束時間が短くなるので、矩形パルス印加直後の最適測定時間ｔ₀でＶ₀を測定することにより、断線検査を行うことができる。

断線検査の検出について、一例を挙げて説明する。図５の等価回路において、Ｖ＝２５０Ｖ、Ｃ₀＝０．０１μＦ、回路ネットがＣ₁₁＝１０ｐＦ、Ｃ₁₂＝３０ｐＦ、Ｒ_a＝１ｋΩであったとする。また、矩形パルス印加直後の最適測定時間ｔ₀を４５ｎｓｅｃ（ナノ秒）として測定を行う。この回路ネットにおいて、ｔ＝０の時ではＶ₀は、式（１）から、Ｖ₀＝２５０ｍＶとなり、ｔ＝∞では式（３）から、Ｖ₀＝１Ｖとなる。また、ｔ₀＝４５ｎｓｅｃでは式（２）からＶ₀＝８３０ｍＶとなる。図７にｔ≧０の時の特性を示す。図７に示すように、回路ネットが良品の場合、すなわちＲ_a＝０Ωの場合では、

であるため、Ｖ₀＝１Ｖとなる。時間ｔ₀での測定値８３０ｍＶは、良品時の１Ｖと比較して、１７％減少することになる。よって、時間ｔ₀での測定値と良品時の測定値を比較することで、回路ネットに導通抵抗の増加があるかを判定することができる。一般的に断線検査の場合、検出すべき導通抵抗は低ければ低いほど良く、矩形パルス印加後の比較的微少な時間が最適な測定時間となる。

次に短絡検査について、図８〜図１０を参照しながら詳細に説明する。短絡検査は、完全短絡とエッチング残りなどによるネット間の絶縁抵抗の減少を検査するものである。図３のモデルを短絡検査に着目し等価回路にすると、図８のようになる。ここで、Ｒ₁₂は絶縁抵抗を示し、Ｒ₁₂＝∞の時は良好な場合を、Ｒ₁₂＝０Ωの時は完全短絡を示す。ＮｅｔＡとＮｅｔＢ間の容量は微小であるので無視する。またＮｅｔＡ及びＮｅｔＢの基準プレーン間の抵抗Ｒ₁、Ｒ₂は無限大とする。さらに、測定用の抵抗Ｒ₀も十分大きな値に設定するため省略する。図８の等価回路は図５の等価回路と同じ構成となり、断線検査と短絡検査を同等に扱うことができることがわかる。

図８の等価回路において、ｔ＝０でのＶ₀は式（４）で表すことができる。

ｔ＞０でのＶ₀は式（５）で表すことができる。

ｔ＝∞でのＶ₀は式（６）に収束することになる。

式（４）〜式（６）により、Ｖ₀は良品値である

から立ち上り、

に収束するようになる。その時の関係を図９のグラフに示す。Ｒ₁₂の値が大きいほど収束時間は長くなる。よって、絶縁抵抗の減少を検査するには、矩形パルス印加後の最適測定時間ｔ₁経過後にＶ₀の測定を行えば良いことになる。実際の短絡検査において、ｔ₁は検査にかけられる時間、検査すべき抵抗値、基準プレーンとの静電容量などから計算や実験などで最適時間として設定される。

短絡検査の検出について、一例を挙げて説明する。図８の等価回路において、Ｖ＝２５０Ｖ、Ｃ₀＝０．０１μＦ、回路ネットがＣ₁＝１５ｐＦ、Ｃ₂＝１５ｐＦ、Ｒ₁₂＝５０ＭΩであったとする。また、矩形パルス印加後の最適時間ｔ₁を２００μｓｅｃとし、測定を行う。この回路ネットにおいて、時間ｔ＝０では、式（４）から、Ｖ₀＝３７５ｍＶとなり、ｔ＝∞では、式（６）から、Ｖ₀＝７５０ｍＶとなる。また、ｔ₁＝２００μｓｅｃではＶ₀＝４６２ｍＶとなる。図１０に、ｔ≧０の時の特性を示す。この回路ネットが良品の場合、すなわちＲ₁₂＝∞Ω（無限大）の場合では、

であるため、Ｖ₀＝３７５ｍＶとなる。時間ｔ₁での測定値４６２ｍＶは良品時の３７５ｍＶと比較して、２３％増加することになる。よって、ｔ₁での測定値と良品時の測定値を比較することで、回路ネットに短絡不良を有しているかを判定することができる。一般に短絡検査の場合、検出すべき絶縁抵抗は高ければ高いほど良く、矩形パルス印加後の比較的長い時間が最適な測定時間となる。

上記に述べたように、１検査点に対して断線検査用の測定値１と短絡検査用の測定値２をそれぞれ最適な測定時間で測定するのみで、高価な波形観測器や過渡ディジタル解析器を使用することなく、ネットの断線不良や、近接するネットとの短絡不良を発見することができる。また、この測定値は一般的に使用されるアナログ−デジタル変換ＩＣを使用することにより、簡単にメモリに格納することができる。

図１１に、本実施の形態のプリント配線板検査装置による検査の動作例を示す。図１１に示すように、まず、ステップ１０１において、プローブを検査点に移動させる。

次いで、ステップ１０２において、検査点にパルス電圧を印加する。図６に示すｔ₀時間経過後の測定値１を測定後、その測定値１を記憶部８等に記憶し（ステップ１０３）、図９に示すｔ₁時間経過後の測定値２を測定後、その測定値２を記憶部８等に記憶する（ステップ１０４）。検査対象となるすべてのネットについて測定を実施し、全検査が終了するまでステップ１０１〜１０４を繰り返す。

次いで、ステップ１０６において、ステップ１０３で測定した測定値１と既に記憶している良品基板での測定値１を比較し、ステップ１０３での測定値１が小さい場合は、断線不良としてステップ１０７にて検出する。また、ステップ１０８において、ステップ１０４で測定した測定値２と既に記憶している良品基板での測定値２を比較し、ステップ１０８での測定値２が大きい場合は、短絡不良としてステップ１０９にて検出する。検査対象となるすべてのネットについて比較・検出を実施し、全検査が終了するまでステップ１０６〜１０９を繰り返す。

なお、ステップ１０５を無くして、ステップ１０３の測定値１、ステップ１０４の測定値２を測定し終えた後に、続けてステップ１０６〜１０９の不良判定を行ってもよい。このときは、ステップ１１０の全検査が終了しない場合、ステップ１０１に戻ることになる。

したがって、本実施の形態によるプリント配線板の検査装置及び検査方法によれば、高価な波形観測器や過渡ディジタル解析器などを使用することなく、ネットの断線不良および他のネットとの短絡不良が容易にかつ安価に発見できる。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、プリント配線板の検査に利用することができる。

１ プローブ
２ プローブ支持部
３ プリント配線板
４ａ〜４ｅ プリント配線板上の回路（ネット）
５ 基準面
６ 移動機構部
７ 測定部
８ 記憶部
９ 制御部

Claims (6)

1. 検査対象のプリント配線板のネットに接触するための第１及び第２のプローブと、
   記憶手段とを有し、
   前記プリント配線板の基準面に前記第１のプローブを接触させ、前記プリント配線板のネットに前記第２のプローブを接触させ、前記第２のプローブを介して前記ネットに矩形パルス電圧を印加し、
   前記第１のプローブにより、前記矩形パルス印加直後の第１の電圧測定と、絶縁抵抗を判別するために設定された最適測定時間経過後の第２の電圧測定とを行い、
   前記プリント配線板の検査対象すべてのネットについて前記第１及び第２の電圧測定を行い、その値を前記記憶手段に記憶し、
   予め測定した前記矩形パルス印加直後及び前記最適測定時間経過後での良品の第１の測定値および第２の測定値と、前記第１及び第２の電圧測定で測定した第１の測定値および第２の測定値とを比較し、
   同一ネット内の完全断線を含む導通抵抗の増加不良と、近接するネットとの完全短絡を含む絶縁抵抗の減少不良とを検出するように構成されていることを特徴とするプリント配線板の検査装置。
2. 前記絶縁抵抗の減少不良の検出において、
   前記測定した第２の測定値が増加しているネットを短絡不良ネットと判定することを特徴とする請求項１記載のプリント配線板の検査装置。
3. 前記導通抵抗の増加不良の検出において、
   前記測定した第１の測定値が減少しているネットを断線不良ネットと判定することを特徴とする請求項１記載のプリント配線板の検査装置。
4. プリント配線板の基準面に第１のプローブを接触させ、前記プリント配線板のネットに第２のプローブを接触させ、前記第２のプローブを介して前記ネットに矩形パルス電圧を印加し、
   前記第１のプローブにより、前記矩形パルス印加直後の第１の電圧測定と、絶縁抵抗を判別するために設定された最適測定時間経過後の第２の電圧測定とを行い、
   前記プリント配線板の検査対象すべてのネットについて前記第１及び第２の電圧測定を行い、その値を記憶手段に記憶し、
   予め測定した前記矩形パルス印加直後及び前記最適測定時間経過後での良品の第１の測定値および第２の測定値と、前記第１及び第２の電圧測定で測定した第１の測定値および第２の測定値とを比較し、
   同一ネット内の完全断線を含む導通抵抗の増加不良と、近接するネットとの完全短絡を含む絶縁抵抗の減少不良とを検出することを特徴とするプリント配線板の検査方法。
5. 前記絶縁抵抗の減少不良の検出において、
   前記測定した第２の測定値が増加しているネットを短絡不良ネットと判定することを特徴とする請求項４記載のプリント配線板の検査方法。
6. 前記導通抵抗の増加不良の検出において、
   前記測定した第１の測定値が減少しているネットを断線不良ネットと判定することを特徴とする請求項４記載のプリント配線板の検査方法。

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